JPH05206492A - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
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- JPH05206492A JPH05206492A JP4193007A JP19300792A JPH05206492A JP H05206492 A JPH05206492 A JP H05206492A JP 4193007 A JP4193007 A JP 4193007A JP 19300792 A JP19300792 A JP 19300792A JP H05206492 A JPH05206492 A JP H05206492A
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- Japan
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- semiconductor
- silicon
- type
- type semiconductor
- photoelectric conversion
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Light Receiving Elements (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】第1のPIN接合を有する非単結晶半導体上に
第2のPIN接合を有する非単結晶半導体が設けられた
構造の光電変換装置において、第1の半導体と第2の半
導体とのオーム接触性を向上させることを目的とする。 【構成】基板上に第1のPIN接合を構成する非単結晶
半導体と、該半導体上に設けられた第2のPIN接合を
構成する非単結晶半導体とが、クロムと珪素との反応生
成物を介して接合されていることを特徴とする光電変換
装置。
第2のPIN接合を有する非単結晶半導体が設けられた
構造の光電変換装置において、第1の半導体と第2の半
導体とのオーム接触性を向上させることを目的とする。 【構成】基板上に第1のPIN接合を構成する非単結晶
半導体と、該半導体上に設けられた第2のPIN接合を
構成する非単結晶半導体とが、クロムと珪素との反応生
成物を介して接合されていることを特徴とする光電変換
装置。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光電変換装置特に太陽電
池、フォトセンサ、蛍光灯電池等に用いられるPINタ
ンデム型非単結晶半導体装置の製造方法に関するもので
ある。
池、フォトセンサ、蛍光灯電池等に用いられるPINタ
ンデム型非単結晶半導体装置の製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】アモルファス半導体を用いてタンデム型
光電変換装置にPINPIN接合を有し、一方のI型半
導体装置の光学的エネルギバンド巾として1.7〜1.
8eVを有するa−Si:H(水素が添加されたアモル
ファス半導体) 及び他方のI型半導体の光学的エネルギ
バンド巾として1.4〜1.6eVを有するa−Six
Ge1-x (0<x<1)とする構造が知られている。
光電変換装置にPINPIN接合を有し、一方のI型半
導体装置の光学的エネルギバンド巾として1.7〜1.
8eVを有するa−Si:H(水素が添加されたアモル
ファス半導体) 及び他方のI型半導体の光学的エネルギ
バンド巾として1.4〜1.6eVを有するa−Six
Ge1-x (0<x<1)とする構造が知られている。
【0003】かかる構造に用いるa−Six Ge
1-x (0<x<1)(以下シリコン・ゲルマニューム化
合物ともいう)は、高価な反応性気体であるゲルマン
(GeH4 )と、シラン(SiH4 )とのプラズマ気相
反応によって任意の化学量論比を有する材料を作ること
ができる。そしてこの特性は、ゲルマニュームを増加す
るにつれて光学的Egを下げることが可能であるが、し
かし他方、電気特性のキャリアの移動度は急速に低下し
てしまった。
1-x (0<x<1)(以下シリコン・ゲルマニューム化
合物ともいう)は、高価な反応性気体であるゲルマン
(GeH4 )と、シラン(SiH4 )とのプラズマ気相
反応によって任意の化学量論比を有する材料を作ること
ができる。そしてこの特性は、ゲルマニュームを増加す
るにつれて光学的Egを下げることが可能であるが、し
かし他方、電気特性のキャリアの移動度は急速に低下し
てしまった。
【0004】このためかかるEgを異ならせるタンデム
型セルのSix Ge1-x (0<x<1)を用いるアモル
ファス半導体装置においては根本的大問題が存在してし
まった。その結果、光学的な光電変換が行われる波長領
域を大きくさせ得るタンデム型セルにその光励起された
キャリアが再結合して消滅してしまうため外に取り出す
ことが非効率的であり、結果として変換効率の向上につ
ながらなかった。
型セルのSix Ge1-x (0<x<1)を用いるアモル
ファス半導体装置においては根本的大問題が存在してし
まった。その結果、光学的な光電変換が行われる波長領
域を大きくさせ得るタンデム型セルにその光励起された
キャリアが再結合して消滅してしまうため外に取り出す
ことが非効率的であり、結果として変換効率の向上につ
ながらなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】本発明はEgとして
1.4〜1.6eVを有する非単結晶半導体としてその
電気特性においてアモルファス珪素を用いるに比べてよ
り高い(従来は低い)移動度を有する水素またはハロゲ
ン元素が添加されている多結晶または単結晶を含む結晶
化度の助長された半導体材料(以下多結晶半導体材料と
いう)を用いたことにある。さらにこの材料にゲルマニ
ュームのごとく地球上の主成分でない希少価値の材料を
用いないことにある。
1.4〜1.6eVを有する非単結晶半導体としてその
電気特性においてアモルファス珪素を用いるに比べてよ
り高い(従来は低い)移動度を有する水素またはハロゲ
ン元素が添加されている多結晶または単結晶を含む結晶
化度の助長された半導体材料(以下多結晶半導体材料と
いう)を用いたことにある。さらにこの材料にゲルマニ
ュームのごとく地球上の主成分でない希少価値の材料を
用いないことにある。
【0006】
【問題を解決する手段】本発明はかかる問題を解決する
ため、アモルファスを含む非単結晶半導体特に不純物
(酸素、窒素、炭素、リンまたはホウ素等の不純物) の
それぞれを1原子%以下しか含有しない、かつ水素また
はハロゲン元素が再中心中和用およびエネルギバンド巾
増加用に添加された半導体(珪素)を用いる第1のPI
N接合を形成し、このI型半導体またはI型およびその
上のPまたはN型半導体に対し強光照射アニール、即ち
LA(炭酸ガスレーザ、YAGレーザまたはエキシマレ
ーザによるアニールまたは水銀灯、可視光ハロゲンラン
プ等の強光照射によるアニールを含む)を行い、その半
導体の多結晶化または結晶化度を助長し、かつ水素また
はハロゲン元素の含有量を減少させた第1のPIN接合
のI型半導体層とを形成した。さらにこの上またはこの
上のオーミックコンタクト用緩衝用電極(以下バッファ
CTFという) 上に第2の,PIN接合を気相法(プラ
ズマCVD,光CVD,減圧CVD法等)により第1の
PIN接合のI層と同一の材料を積層せしめPIN,P
IN接合またはPIN(バッファCTF)PIN接合を
形成したものである。
ため、アモルファスを含む非単結晶半導体特に不純物
(酸素、窒素、炭素、リンまたはホウ素等の不純物) の
それぞれを1原子%以下しか含有しない、かつ水素また
はハロゲン元素が再中心中和用およびエネルギバンド巾
増加用に添加された半導体(珪素)を用いる第1のPI
N接合を形成し、このI型半導体またはI型およびその
上のPまたはN型半導体に対し強光照射アニール、即ち
LA(炭酸ガスレーザ、YAGレーザまたはエキシマレ
ーザによるアニールまたは水銀灯、可視光ハロゲンラン
プ等の強光照射によるアニールを含む)を行い、その半
導体の多結晶化または結晶化度を助長し、かつ水素また
はハロゲン元素の含有量を減少させた第1のPIN接合
のI型半導体層とを形成した。さらにこの上またはこの
上のオーミックコンタクト用緩衝用電極(以下バッファ
CTFという) 上に第2の,PIN接合を気相法(プラ
ズマCVD,光CVD,減圧CVD法等)により第1の
PIN接合のI層と同一の材料を積層せしめPIN,P
IN接合またはPIN(バッファCTF)PIN接合を
形成したものである。
【0007】本発明に用いる多結晶半導体は基板として
50〜500μもの厚さを有する多結晶基板でなく、
0.1〜10μの厚さの薄膜アモルファス半導体を形成
した後、被膜に損傷(スパッタ)を与えない強光アニー
ルにより結晶化を助長した多結晶半導体を用いたことに
ある。
50〜500μもの厚さを有する多結晶基板でなく、
0.1〜10μの厚さの薄膜アモルファス半導体を形成
した後、被膜に損傷(スパッタ)を与えない強光アニー
ルにより結晶化を助長した多結晶半導体を用いたことに
ある。
【0008】特にこの光アニールにより結晶化を助長す
る方法はすでに形成されている被膜にプラズマ処理のご
とき被膜の損傷を与えるプロセスを有していない。また
熱アニールのごとく700〜900℃で結晶化をさせる
場合にはそれ以前の350〜450℃の低い温度で水素
またはハロゲン元素が完全に放出され再結合中心を発生
してしまうが、かかるプラズマアニールおよび熱アニー
ルのプロセスでない方式を採用したことが本発明方法を
ディバイスレベルにまで完成された大きな特長である。
る方法はすでに形成されている被膜にプラズマ処理のご
とき被膜の損傷を与えるプロセスを有していない。また
熱アニールのごとく700〜900℃で結晶化をさせる
場合にはそれ以前の350〜450℃の低い温度で水素
またはハロゲン元素が完全に放出され再結合中心を発生
してしまうが、かかるプラズマアニールおよび熱アニー
ルのプロセスでない方式を採用したことが本発明方法を
ディバイスレベルにまで完成された大きな特長である。
【0009】
【作用】その結果、従来より公知の第1、第2の半導体
もともに珪素(水素またはハロゲン元素を含む)とし、
材料的化学的量論比の違いによるタンデム構造即ちSi
とSix Ge1-x によるタンデム構造ではなく、材料は
同一であってモホロジ的(結晶構造的)に異ならせるタ
ンデム構造即ち一方はアモルファス、他方は多結晶とい
うごときの結晶化度の違いをI型半導体層に有せしめる
ことによりEgに0.15eV以上の差を有せしめるこ
とに成功した。以下にその実施例により本発明を説明す
る。
もともに珪素(水素またはハロゲン元素を含む)とし、
材料的化学的量論比の違いによるタンデム構造即ちSi
とSix Ge1-x によるタンデム構造ではなく、材料は
同一であってモホロジ的(結晶構造的)に異ならせるタ
ンデム構造即ち一方はアモルファス、他方は多結晶とい
うごときの結晶化度の違いをI型半導体層に有せしめる
ことによりEgに0.15eV以上の差を有せしめるこ
とに成功した。以下にその実施例により本発明を説明す
る。
【0010】
【実施例】『実施例1』 図1が対応した図面である。
基板として厚さ100μのステンレス(1)を用いた。
この上面にP型半導体Six C1-x (0<x<1)(厚
さ200Å)(3)─水素または弗素が添加された珪素
を主成分とするアモルファス構造を主体とするI型半導
体(厚さ0.6μ)(4)─N型微結晶半導体(厚さ3
00Å)(5)による第1のPIN接合を有する非単結
晶半導体(11)をシラン(Sin H2n+2 n ≧1)の
プラズマ気法(圧力0.1torr,基板温度210℃) に
より形成した。この後、この第1のPIN接合の半導体
(11)に対し強光アニールを行い、I型半導体層の結
晶化を助長させ電気的特性を変化させた。この強光アニ
ールは超高圧水銀炉(出力5KW)を用いこの照射光を
シリントリカル石英レンズにより巾3mm,長さ10c
mのスリット状の集光強度とした。この光の受光面に被
照射面を有する基板を配設した。
基板として厚さ100μのステンレス(1)を用いた。
この上面にP型半導体Six C1-x (0<x<1)(厚
さ200Å)(3)─水素または弗素が添加された珪素
を主成分とするアモルファス構造を主体とするI型半導
体(厚さ0.6μ)(4)─N型微結晶半導体(厚さ3
00Å)(5)による第1のPIN接合を有する非単結
晶半導体(11)をシラン(Sin H2n+2 n ≧1)の
プラズマ気法(圧力0.1torr,基板温度210℃) に
より形成した。この後、この第1のPIN接合の半導体
(11)に対し強光アニールを行い、I型半導体層の結
晶化を助長させ電気的特性を変化させた。この強光アニ
ールは超高圧水銀炉(出力5KW)を用いこの照射光を
シリントリカル石英レンズにより巾3mm,長さ10c
mのスリット状の集光強度とした。この光の受光面に被
照射面を有する基板を配設した。
【0011】この基板はXテ−ブルによりスリットに直
交する方向に走査し、基板全面に第1回のスキャンでそ
の走査速度(5cm/分〜50cm/分) を可変して照
射できるようにした。基板は熱アニールの室温〜300
℃とした。この時基板の温度は250℃とし一部の水素
の(含有水素3〜7原子%と推定される)脱ガス化をも
して光学的Egとして1.4〜1.6eVを得た。
交する方向に走査し、基板全面に第1回のスキャンでそ
の走査速度(5cm/分〜50cm/分) を可変して照
射できるようにした。基板は熱アニールの室温〜300
℃とした。この時基板の温度は250℃とし一部の水素
の(含有水素3〜7原子%と推定される)脱ガス化をも
して光学的Egとして1.4〜1.6eVを得た。
【0012】さらにこの後、この表面をバッファHF
(HFを水で1/10に希釈した)で洗浄し、このN型
半導体面上にP型Six C1-x (0<x<1)半導体
(厚さ100〜300Å)(6)─I型の水素または弗
素が添加された同一半導体材料(ここでは珪素)半導体
(厚さ2000Å)(7)─N型微結晶珪素半導体(厚
さ300Å)(8)の第2のPIN接合の半導体(1
2)を形成した。この時のPIN接合のI型半導体は水
素が約20原子%も添加されてアモルファス的になるた
め、光学的Egは1.8eVを有し対応したエネルギバン
ド図を図一(B)に示すが、第1のI型半導体層とはそ
の差は0.4eVを有していた。
(HFを水で1/10に希釈した)で洗浄し、このN型
半導体面上にP型Six C1-x (0<x<1)半導体
(厚さ100〜300Å)(6)─I型の水素または弗
素が添加された同一半導体材料(ここでは珪素)半導体
(厚さ2000Å)(7)─N型微結晶珪素半導体(厚
さ300Å)(8)の第2のPIN接合の半導体(1
2)を形成した。この時のPIN接合のI型半導体は水
素が約20原子%も添加されてアモルファス的になるた
め、光学的Egは1.8eVを有し対応したエネルギバン
ド図を図一(B)に示すが、第1のI型半導体層とはそ
の差は0.4eVを有していた。
【0013】さらにその上面にITOを電子ビーム蒸着
法で形成した。得られた光電変換装置(面積1.05c
m2 )の特性はITO側より光照射以下の通りである。 開放電圧 1.47V 短絡電流 12.3mA/cm2 曲線因子 61% 変換効率 11.03%
法で形成した。得られた光電変換装置(面積1.05c
m2 )の特性はITO側より光照射以下の通りである。 開放電圧 1.47V 短絡電流 12.3mA/cm2 曲線因子 61% 変換効率 11.03%
【0014】『実施例2』図2が対応した図面である。
基板として厚さ100μのステンレス(1)を用いた。
この上面にP型半導体Six C1-x (0<x<1)─水
素または弗素が添加された珪素を主成分とするアモルフ
ァス構造を主体とするI型半導体(4)─N型微結晶半
導体(5)による第1のPIN接合を有する非単結晶半
導体(11)を実施例1と同様に形成した。この後、こ
の第1のPIN接合の半導体(11)に対し強光アニー
ルを実施例1と同様にして行いI型半導体層の結晶化を
助長させ電気的特性を変化した。この時基板の温度は3
00℃とし水素の脱ガス化をして電気的Egとして1.
4〜1.6eVを得た。
基板として厚さ100μのステンレス(1)を用いた。
この上面にP型半導体Six C1-x (0<x<1)─水
素または弗素が添加された珪素を主成分とするアモルフ
ァス構造を主体とするI型半導体(4)─N型微結晶半
導体(5)による第1のPIN接合を有する非単結晶半
導体(11)を実施例1と同様に形成した。この後、こ
の第1のPIN接合の半導体(11)に対し強光アニー
ルを実施例1と同様にして行いI型半導体層の結晶化を
助長させ電気的特性を変化した。この時基板の温度は3
00℃とし水素の脱ガス化をして電気的Egとして1.
4〜1.6eVを得た。
【0015】さらにこの後、この表面をバッファHF
(HFを水で1/10に希釈した)で洗浄した。この後
真空蒸着法により基板の温度を200℃としてクロムを
約20Åの厚さに形成し、かつ真空中の熱アニールを行
った。するとこのクロムは珪素と反応し、クロムシリサ
ントという非酸化性透光性導電膜(バッファCTF(2
0))とすることができた。
(HFを水で1/10に希釈した)で洗浄した。この後
真空蒸着法により基板の温度を200℃としてクロムを
約20Åの厚さに形成し、かつ真空中の熱アニールを行
った。するとこのクロムは珪素と反応し、クロムシリサ
ントという非酸化性透光性導電膜(バッファCTF(2
0))とすることができた。
【0016】このCTFはこの上のP型半導体と下のN
型半導体とのオーム接触性を有せしめ、かつ被膜作製の
際互いの半導体の混合を防止し、かつ透過光が下側の半
導体層に充分透過するため理想的であった。このバッフ
ァCTF導体表面上にP型Six C1-x (0<x<1)
半導体(6)─I型の水素または弗素が添加された同一
半導体材料(ここでは酸素)半導体(7)─N型微結晶
珪素半導体(8)の第2のPIN接合の半導体(12)
を形成した。この時の,PIN接合のI型半導体はアモ
ルファス的になるため、光学的Egは1.8eVを有し
対応したエネルギバンド図を図2(B)に示すが、第1
のI型半導体層とはその差はやはり0.4eVを有して
いた。
型半導体とのオーム接触性を有せしめ、かつ被膜作製の
際互いの半導体の混合を防止し、かつ透過光が下側の半
導体層に充分透過するため理想的であった。このバッフ
ァCTF導体表面上にP型Six C1-x (0<x<1)
半導体(6)─I型の水素または弗素が添加された同一
半導体材料(ここでは酸素)半導体(7)─N型微結晶
珪素半導体(8)の第2のPIN接合の半導体(12)
を形成した。この時の,PIN接合のI型半導体はアモ
ルファス的になるため、光学的Egは1.8eVを有し
対応したエネルギバンド図を図2(B)に示すが、第1
のI型半導体層とはその差はやはり0.4eVを有して
いた。
【0017】さらにその上面にITOを電子ビ−ム蒸着
法で形成した。得られた膜の特性はITO側より光照射
以下の通りである。 開放電圧 1.56V 短絡電流 11.3mA/cm 曲線因子 64% 変換効率 11.28%
法で形成した。得られた膜の特性はITO側より光照射
以下の通りである。 開放電圧 1.56V 短絡電流 11.3mA/cm 曲線因子 64% 変換効率 11.28%
【0018】
【効果】この発明は上記の問題を解決するためのもので
あり、ともに珪素を主成分としてゲルマニューム、ス
ズ、酸素、炭素等の不純物はそれぞれ1原子%であるよ
うに努めた。その結果、同一材料でモホロジ的に異なら
せるハイブリッド構造のタンデム構成とすることにより
第1、第2の半導体間の光学的Egが0.15〜0.4e
Vも異なり、その厚さは10μ以下、一般には0.1〜
1μの薄膜の厚さを有する2つのI型半導体層を含むP
INPIN接合またはPIN(CTF)PIN接合のタ
ンデム型光電変換装置を作ることできた。さらにこのタ
ンデム型接合をPINPIN・・・・PINとすること
により、三重構造またはそれ以上とすることが可能とな
った。
あり、ともに珪素を主成分としてゲルマニューム、ス
ズ、酸素、炭素等の不純物はそれぞれ1原子%であるよ
うに努めた。その結果、同一材料でモホロジ的に異なら
せるハイブリッド構造のタンデム構成とすることにより
第1、第2の半導体間の光学的Egが0.15〜0.4e
Vも異なり、その厚さは10μ以下、一般には0.1〜
1μの薄膜の厚さを有する2つのI型半導体層を含むP
INPIN接合またはPIN(CTF)PIN接合のタ
ンデム型光電変換装置を作ることできた。さらにこのタ
ンデム型接合をPINPIN・・・・PINとすること
により、三重構造またはそれ以上とすることが可能とな
った。
【0019】本発明は薄膜半導体であってホモロジ的な
変化によりEgを可変するため、材料の作製に微妙さが
伴ったり、また高価なゲルマン(GeH4 )をその結果
として用いる必要がないという特徴を有する。加えて強
光アニールにより多結晶化特に電流の流れと同一方向に
結晶粒径が成長する柱状(ガラムナ)が形成される多結
晶半導体を他方の狭いEgの半導体に有せしめたタンデ
ム構造であることが電流を多量に取り出すことができた
大きな理由である。
変化によりEgを可変するため、材料の作製に微妙さが
伴ったり、また高価なゲルマン(GeH4 )をその結果
として用いる必要がないという特徴を有する。加えて強
光アニールにより多結晶化特に電流の流れと同一方向に
結晶粒径が成長する柱状(ガラムナ)が形成される多結
晶半導体を他方の狭いEgの半導体に有せしめたタンデ
ム構造であることが電流を多量に取り出すことができた
大きな理由である。
【0020】加えて光照射側のI層は1つのPIN接合
の時のI層の厚さの0.5〜1μに比べてそれぞれが
0.2〜0.4μと薄いため、光照射による空乏層巾の
低下に伴う劣化を防ぐことができるという他の特長をも
有する。
の時のI層の厚さの0.5〜1μに比べてそれぞれが
0.2〜0.4μと薄いため、光照射による空乏層巾の
低下に伴う劣化を防ぐことができるという他の特長をも
有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のタンデム型光電変換装置の縦断面図
(A)およびエネルギバンド図(B)を示す。
(A)およびエネルギバンド図(B)を示す。
【図2】 本発明のタンデム型光電変換装置の縦断面図
(A)およびエネルギバンド図(B)を示す。
(A)およびエネルギバンド図(B)を示す。
Claims (1)
- 【請求項1】 基板上に第1のPIN接合を構成する非
単結晶半導体と、該半導体上に設けられた第2のPIN
接合を構成する非単結晶半導体とが、クロムと珪素との
反応生成物を介して接合されていることを特徴とする光
電変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4193007A JPH05206492A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4193007A JPH05206492A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 光電変換装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59097319A Division JPS60240168A (ja) | 1984-05-15 | 1984-05-15 | 光電変換装置の作製方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05206492A true JPH05206492A (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=16300652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4193007A Pending JPH05206492A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05206492A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6384316B1 (en) * | 1999-09-08 | 2002-05-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device |
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1992
- 1992-06-26 JP JP4193007A patent/JPH05206492A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6384316B1 (en) * | 1999-09-08 | 2002-05-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Photovoltaic device |
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